健康问题是人类长期关注的重点,在正常生理活动以及多种疾病中蛋白酶的调控必不可少。例如,许多蛋白酶在癌症发展中与肿瘤细胞生长,血管生成,侵袭和转移密切相关。鉴定蛋白酶的动态变化可以使我们进行癌症早期检测,术中导航以及评估抗癌疗法的功效,因此蛋白酶的分析在癌症临床诊断和治疗中具有重要作用。目前各种靶向蛋白酶的化学荧光探针蓬勃发展,但仍存在一些蛋白酶探针的荧光波长短,特异性不强,以及有机小分子荧光团容易被代谢失去信号等缺点。在此我们选择了三种癌症相关的蛋白酶作为研究对象,针对以上三个问题进行了相应探针设计及合成,并在其成像应用方面进行了研究。本论文工作主要内容包括以下三个方面:（1）设计合成了一种靶向成纤维细胞激活蛋白（Fibroblast activation protein,FAP）的小分子近红外荧光探针。将该探针成功用于荧光检测FAP表达的癌细胞,检测限达到1500个细胞/mL。细胞孵育该探针5μM,30 min具有良好的共聚焦成像效果。成功的应用于小鼠乳腺癌肿瘤模型荧光成像,并可区分肿瘤和正常组织,具有肿瘤特异性成像功能。（2）舍弃酶切型二肽基肽酶Ⅳ（Dipeptidyl peptidase Ⅳ,DPP Ⅳ）的设计思路,利用抑制剂亲和性,设计并合成了一类非酶切型的探针。通过计算模拟、细胞成像、蛋白免疫印迹等方法研究探针与细胞DPP Ⅳ的亲和性。该探针具有很强的特异性,通过siRNA干扰等分子生物学手段证明,能够排除蛋白酶的FAP,DPP Ⅷ,DPP Ⅸ的干扰。该探针荧光具有良好的环境稳定性。通过免疫组化等实验表明该探针可以监测细胞内源性DPP Ⅳ的异常表达。（3）利用NaYbF₄:Tm上转换纳米粒子与环氧合酶-2（Cyclooxygenase-2）抑制剂吲哚美辛偶联,合成一种新型基于无机纳米荧光团的复合探针,能够克服一些小分子荧光团固有的劣势。该探针近红外980 nm激发上转换发射700-800 nm近红外荧光,具有良好的水溶性和分散性,共聚焦成像结果表明连接抑制剂可能提高材料在细胞中的驻留时间和靶向细胞器高尔基体的能力。